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도로 곳곳에 구멍이 생긴 까닭은? 목록

조회 : 3343 | 2013-02-13

이번 겨울은 유난히 춥고 눈도 많이 내립니다. 우리나라뿐만 아니라 전 세계가 기상이변에 시달리고 있는데요, 우리나라를 포함한 지구 북반구에는 한파가 맹위를 떨치고 있습니다.
한파는 한랭한 공기가 유입되어 어느 지역의 기온이 급격하게 내려가는 현상을 말합니다.

 

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왼쪽은 12월 전세계의 기온편차(℃), 오른쪽은 강수량 평년차(㎜)를 나타낸 이미지입니다. 동유럽과 러시아, 동아시아, 미국은 한파와 함께 많은 눈이 내렸고, 인도네시아와 케냐에서는 호우가, 필리핀에서는 태풍이 발생해 많은 인명과 재산피해가 발생했답니다. / 이미지 출처 : 기상청 보도자료


 

지난 12월에는 유난히 강한 한파와 함께 찾아 온 잦은 눈이 우리를 괴롭혔습니다. 기상청에서 보도 자료를 보면 시베리아 지역에 눈이 평년보다 많이 덮여 있어 대륙 지역이 냉각되면서 대륙고기압이 평년보다 강하게 발달할 수 있는 여건이 조성되었답니다. 또 12월 중순 이후에는 우랄산맥 부근에 상층 기압능이 자주 형상되어 시베리아 지역으로 한기가 지속적으로 유입되면서 우리나라로 북쪽의 차가운 공기가 지속적으로 유입돼 추운 날씨가 자주 나타난 것이랍니다.

 

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12월 북반구 눈덮임 편차(파랑-평년보다 많음, 갈색-평년보다 적음). / 이미지 출처 : 기상청 보도자료


 

12월 상순에는 북쪽을 지나는 저기압의 영향으로 중부지방을 중심으로 눈이나 비가 자주 왔고, 중순 이후에는 찬 대륙고기압이 크게 확장하면서 서해상에서 대기와 해수온도와의 차이로 인해 눈구름이 형성돼 서해안지방을 중심으로 잦은 눈이 내렸답니다. 대륙고기압으로부터 내려오는 북서쪽의 찬 공기와 남서쪽의 온난다습한 공기가 남해안 부근에서 수렴되면서 남쪽을 지나는 저기압을 강화시켜 전국에 많은 눈 또는 비가 왔답니다.

 

 

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기상청이 발표한 지난 12월 14일, 21일, 28일 강수 시 우리나라 주변 기압계 모식도를 보면 찬 대륙고기압과 남해상을 지나는 온난다습한 공기가 남해 부근에서 저기압에 의해 수렴되면서 눈이나 비가 내린 것을 알 수 있습니다. / 이미지 출처 : 기상청 보도자료

 


이번 겨울은 이처럼 유난히 많이 내린 폭설과 한파로 인해 추운 날씨, 미끄러운 길로 인해 우리 생활이 불편한 것이 사실입니다. 하지만 이 뿐만이 아니라 한파와 폭설은 전력대란(Blackout)에 대한 우려와 염화칼슘 등을 이용한 제설작업으로 인해 생긴 포트홀(Pothole) 때문에 차량파손과 교통사고의 위험도 높였답니다. 또 수도계량기가 얼어 터져 애를 먹기도 해요. 그래서 이번 따끈따끈 과학에서는 이 한파와 폭설과 관련된 몇 가지 과학에 대해 자세히 살펴보려고 합니다.

 

 

* 알아보기
- 한파가 오면 수도계량기는 왜 동파될까?
- 폭설이 내린 후에 뿌리는 제설제, 염화칼슘
- 바닷물을 제설제로 사용한다고?
- 도로 위의 지뢰, 포트홀이 폭설․한파와 관련이 있다고?

 

 

* 생각 키우기
- 제설제인 염화칼슘을 사용할 때 나타나는 문제점에 대해 더 찾아 정리해 보세요. 또 염화칼슘을 대체할 만한 제설제에 대해 알아보도록 합시다.

 

 

- 한파가 오면 수도계량기는 왜 동파될까?
추운 겨울이면 수도계량기가 얼어 터지는 동파사고가 자주 일어납니다. 그래서 추워지기 전에 계량기 보호함을 열어 헌 옷이나 이불, 솜 등을 넣고 외부 테두리는 비닐 테이프나 커버로 틈새를 밀폐하는 등 보온에 신경을 써야 해요. 외부로 노출된 배관은 물론 소홀하기 쉬운 복도식 아파트도 계량기 보호함이 실외에 노출되어 있어 동파 사고에 더 주의해야만 하지요. 가장 좋은 동파 방지법은 물을 일정 수준으로 계속 흐르게 하는 것이 좋은데, 욕실의 수도꼭지를 살짝 열어 두어 물이 졸졸 조금씩 흐르도록 해 두는 거예요.
여러 가지 방법으로 동파를 방지하기 위해 노력했는데도, 계량기가 얼거나 터져 버릴 수도 있습니다. 계량기가 단순히 얼었을 경우에는 드라이어를 이용해 천천히 녹여 주거나 수건을 덮은 후 미지근한 물을 부어 서서히 온도를 높여 녹여주는 것이 좋습니다. 언 계량기에 갑자기 뜨거운 물을 부으면 터질 수 있으니 주의해야 해요. 만약 계량기가 얼어서 터져버린 경우에는 상수도 사업소에 연락해 교체를 해야만 합니다.

그렇다면 수도계량기는 왜 동파되는 것일까요? 여러분은 ‘모습을 바꾸는 물’에 대해 배웠거나 들어봤을 거예요. 고체 상태인 얼음에 열을 가하면 액체 상태인 물이 되고, 액체 상태인 물은 0℃ 이하의 낮은 온도에서 고체 상태인 얼음이 돼요. 열을 가해 끓이면 수증기로 바뀌는 것도 잘 알고 있을 거예요. 고체 상태인 얼음은 모양이 일정하나, 액체 상태인 물은 그 모양이 일정하지 않고 담는 그릇에 따라 달라진다는 것도요.
수도계량기가 동파되는 이유는 바로 ‘모습을 바꾸는 물’과 관련이 있습니다. 유리병에 물을 가득 채운 후 냉동실에서 꽁꽁 얼리면 병이 터진다는 사실을 알고 있을 거예요. 그 이유는 물의 온도가 0℃ 이하로 내려가 얼기 시작하면 얼기 전보다 부피가 커지기 때문입니다. 얼기 전과 후의 무게와 부피 변화를 관찰해 보면, 물이 얼기 전과 후의 무게에는 변화가 없어요. 하지만 얼기 전과 후의 부피는 차이가 있는데요, 언 후의 부피가 얼기 전보다 더 크답니다.
배관이나 계량기가 동파되는 이유도 같은데요, 수돗물이 얼게 되면 배관이나 계량기의 유리가 깨지고 얼었던 곳이 녹으면서 막혀있던 터진 자리로 물이 솟아 나오는 것이랍니다.

 

 

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같은 크기의 생수통에 같은 양의 물을 담아 얼리지 않은 것(왼쪽)과 얼린 것(오른쪽)을 비교해 보면 그 부피가 늘어 난 것이 눈에 띕니다. / 이미지 출처 : By Vi..Cult...-BY-SA-3.0(Wikipedia)


- 폭설이 내린 후에 뿌리는 제설제, 염화칼슘
제설제는 도로에 쌓인 눈의 어는점을 낮춰 얼어붙지 않고 녹게 만드는 물질을 말하는데요, 염화칼슘이나 소금(염화나트륨)이 주로 쓰입니다.
우리나라에서 눈이 많이 올 때 도로에 뿌리는 제설제는 주로 염화칼슘을 사용하는데요, 염화칼슘은 강한 발열성과 수분을 잘 흡수하는 성질을 가지고 있습니다. 자신의 무게보다 14배나 많은 물을 흡수할 수 있어서 습기제거제로도 쓰이는 화학물질이지요.

 

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제설제, 습기제거제로 사용되는 화학물질인 염화칼슘. / 이미지 출처 : By Firetwister-BY-SA-3.0(Wikipedia)


염화칼슘이 습기를 흡수해 녹으면서 열을 내는데, 이때 생기는 열이 주변의 눈을 다시 녹이고 이런 과정을 반복하면서 쌓인 눈을 계속해서 녹입니다. 염화칼슘을 사용해 녹은 눈은 다시 얼지 않는 장점도 있습니다.
물의 어는점은 0℃인데, 여기에 소금이나 염화칼슘과 같은 다른 물질이 섞이면 어는 온도가 낮아져요. ‘어는점 내림’이라고 들어봤지요? 염화칼슘이 섞인 물은 영하 55℃ 정도가 되어야 얼 정도로 어는점이 낮아진답니다.
하지만 염화칼슘을 제설제로 사용하는 문제는 부작용이 큰데요, 가로수를 말라죽게 만들고, 부식성이 강해 차량 밑 부분의 부식은 물론 보도와 차도 사이의 경계블록과 고가도로의 방호벽을 마모시킨다는 문제, 환경오염의 문제, 도로를 훼손시켜 교통사고를 유발한다는 문제도 계속 지적받고 있답니다.
우리나라에서도 10여 년 전부터 친환경 제설제를 시험사용하고 있지만, 비싼 가격 때문에 올해도 잦은 폭설로 염화칼슘의 사용량이 많았답니다.
자, 제설제에 대해 살펴봤으니 다시 한 번 정리해 볼까요? 제설제는 단순히 도로 위에 쌓인 눈을 녹게만 하는 것이 아니라, 어는점을 낮춰 녹은 눈이 다시 얼지 않도록 하는 물질을 말합니다.

 

 

- 바닷물을 제설제로 사용한다고?
제설제로 이용되는 염화칼슘의 사용으로 인한 환경오염과 도로 파손 등의 부작용이 문제가 되면서 지방자치단체들만의 이색 제설법에 대한 소식도 종종 들려옵니다. 그런데 이런 노력들이 모두 쉽게 가능한 일들은 아니에요. 서울시 신청사 주변의 지열 제설 시스템은 큰 효과를 거뒀지만, 문제는 설치비가 100m2당 2억 원으로 매우 비싸요. 서울 도심 일부와 구리시 등 경기도 17곳에는 도로 포장 면 아래 5~7cm 지점에 열선을 깔아두었지만, 이 역시 설치비는 물론 열선을 계속 가열하기 위해 쓰이는 전기료도 문제로 지적되고 있고요. 이처럼 염화칼슘의 사용을 대체할만한 여러 가지 제설법들이 대안으로 이야기되고 있고, 시도되고 있지만 아직은 설치와 유지비용 및 인력 문제 등으로 인해 대체가 어려운 실정이랍니다.
바닷물을 제설제로 사용하는 것은 설치비나 제설제 비용이 따로 들지 않으니 어려울 것 없어 보인다고요? 물론 경남 창원시처럼 바닷물을 이용한 제설작업이 톡톡한 효과를 발휘했다는 내용의 뉴스도 있었습니다. 하지만 그곳은 경남 창원시였기 때문에 가능한 이야기랍니다. 눈치 챘나요? 바로 바다가 가까운 남쪽, 우리나라에서는 꽤 따뜻한 지역이고, 바다가 가까운 지리적 특성을 잘 활용한 것이지요.
풀어서 설명해 볼까요? 폭설이 내리자 창원에서는 바닷물을 뿌려 도로의 눈을 말끔하게 씻어 내렸습니다. 바다가 가까워 바닷물을 얻기 쉽고, 바닷물을 싣고 멀리 이동하지 않아도 되는 이점을 잘 활용한 거예요. 또 이곳은 강원도나 우리나라 중북부보다 훨씬 따뜻한 곳이어서 도로에 뿌린 바닷물이 얼어붙을 염려가 적어요. 창원시의 성공 사례 후 제주도를 비롯한 바다와 가깝고 따뜻한 지역에서는 바닷물을 이용한 제설작업으로 효과를 보고 있다는 소식이 이어졌답니다(제주도는 소금기를 가진 지하수인 염지하수 사용).
여기서 잠깐, 그렇다면 강원도는 바다가 가까운데도 바닷물을 제설제로 사용하지 못하는 이유가 궁금하지 않나요? 그것은 바로 바닷물의 어는점 때문이에요.
일반적인 물은 0℃가 어는점이어서, 이 온도에서 얼기 시작해요. 바닷물은 이보다는 약 2℃정도 낮은 온도인 영하 2℃에서 얼기 시작해요. 그러니까 강원도처럼 겨울이면 보통 영하권을 유지하는 곳에서는 바닷물을 제설제로 사용했다가는 곧바로 얼어붙어 눈 치우려다 얼음도로를 만드는 꼴이 될 수 있답니다.
하지만, 염화칼슘이 소금보다 더 제설제로 많이 쓰이는 이유는 바로 발열반응 때문이지요. 앞에서도 살펴본 것처럼 염화칼슘은 눈과 만나면 눈 속 수분을 흡수해 발열반응을 일으키며 열을 내 놓아요. 이 열이 다시 눈을 녹이고, 이 녹은 눈이 다시 염화칼슘을 만나 발열반응을 일으키는 식이지요. 염화칼슘이 30% 정도 섞인 물은 영하 50℃는 되어야 다시 얼기 시작한다니, 강원도처럼 추운 곳에서도 웬만해서는 다시 얼어붙을 염려는 없지요.
요즘 눈폭탄으로 인해 제설제를 구하기 어려워지자 중국산 공업용 소금을 이용했고, 이마저도 어려워지자 공업용보다는 약 40% 가량 가격이 비싼 중국산 식용 소금까지 제설제로 이용하고 있다고 해요.
이처럼 소금을 제설제로 단독으로 도로 위에 뿌릴 경우에는 기온에 신경을 써야만 한답니다. 소금을 단독으로 뿌릴 경우에는 영하 10℃ 이하로 떨어지면 도로가 다시 얼어붙어 빙판길로 변할 우려가 있기 때문이에요.
결국 소금이나 소금물(바닷물)을 제설제로 이용하는 것은 기온이 너무 낮지 않은 날이나, 비교적 따뜻한 남부해안 지역이나 제주도 같은 곳에서나 가능할 것 같습니다.
현재 친환경 제설제들에 대한 연구가 다양하게 진행 중이니 곧 좋은 소식을 기대해 봐도 좋겠지요?

 

 

- 도로 위의 지뢰, 포트홀이 폭설․한파와 관련이 있다고?

 

 

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도로 위에 생긴 구멍 포트홀. 폭우와 폭설이 내릴 때면 어김없이 포트홀로 인한 교통사고 문제가 뉴스에 자주 오르내려요. 한여름 폭우가 쏟아질 때, 한겨울 폭설로 인해 도로 곳곳이 깨져 포트홀이 생기는데, 이 포트홀이 차량 사고의 원인이 되고 있습니다. 특히나 고속도로에서는 큰 사고로 이어질 수 있는 만큼, 지자체마다 복구에 총력을 기울이고 있답니다. / 이미지 출처 : 영암군청 보도자료(왼쪽), 일산동구청 보도자료(오른쪽)

 

 


포트홀은 그릇 모양의 구멍을 말합니다. 도로 위에 생긴 구멍도 포트홀(Pothole)이라고 하는데요, 그릇 모양의 구멍이 포장체인 아스팔트에 발생하는 현상을 말합니다.
제설제로 쓰인 염화칼슘이 뒤섞인 눈이 녹아 땅 속으로 스며들면 가로수를 죽게 하고, 자동차를 부식시키며, 포트홀이 만들어지는 원인이 됩니다.
폭설이나 폭우가 내리면 아스팔트 노면에 물이 스며들어 아스팔트의 강도를 약화시켜 포트홀이 발생하는데, 특히나 겨울철에는 스며든 물기가 얼었다 녹았다를 반복하면서 포트홀이 더욱더 많이 발생합니다. 여기에 제설제로 쓰이는 염화칼슘이 아스팔트의 결합력을 약화시켜 포트홀 현상을 부추긴다고 하네요.
한 가지 더 중요한 것은, 아스팔트 포장재의 품질 불량, 배수 구조의 문제 등도 포트홀의 원인이 된다고 해요.
폭설과 폭우, 제설제의 사용 등도 포트홀의 원인이지만 도로 시공을 부실하게 하는 것도 포트홀을 더 잘 생기게 하는 원인이 된다는 거예요. 포트홀이 생기는 것을 완전히 막을 수는 없지만, 제대로 시공해 그 가능성을 줄이고, 포트홀이 생기면 빨리 복구해 소중한 재산과 인명 피해가 없도록 해야 할 것 같습니다.

 

이번 주 주제에서 조금 벗어난 이야기이긴 하지만, 강에 흐르는 물이 암반을 깎아내 포트홀이 생기기도 합니다. 우리나라에는 가평천과 인제 내린천에 포트홀이 많이 보이는데, 그냥 방치되고 있답니다. 이와는 대조적으로 일본 기소 강 일대의 포트홀은 천연기념물로 지정하여 보호․관리되고 있고, 스위스의 루체른 지역의 빙하가 녹은 물이 흘러 깎아 만든 포트홀도 천연기념물로 지정되어 있다고 하네요.
우리나라에서도 하천의 포트홀들이 천연기념물로 지정되거나 관리되어 소중한 자연학습장으로 이용될 수 있었으면 좋겠습니다.

 

 

* 생각 키우기
제설제인 염화칼슘의 부작용에 대한 우려의 목소리가 커지고 있는데요, 염화칼슘을 사용할 때 나타나는 문제점에 대해 더 찾아 정리해 보세요. 또 염화칼슘을 대체할 만한 제설제에 대해 알아보도록 합시다.

주제!
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